CN204432407U - 基于称重技术的车辆超载智能限速系统及该载重运输车辆 - Google Patents

Abstract

提供一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统及该载重运输车辆，包括称重电容传感器、信号采集单元、称重及判别控制单元、报警显示单元和限速调节单元和无线发射单元。称重电容式传感器装在车桥板簧上，当空载和满载时，车架和车桥上电容传感器的上下极板之间的距离会产生变化而得到重量数据，信号采集单元对称重传感器和踏板传感器的信号进行采集，再通过称重及判别控制单元进行处理，获得载货重量，超重时称重及判别控制单元发送信号给报警显示单元，称重及判别控制单元还给限速调节器发送控制指令，让限速调节器按超载比例对车辆的速度进行分段按比例地限制，本实用新型能够实时监测、无线实时发送，分段限速，方便收费，方便物流公司管控。

Description

基于称重技术的车辆超载智能限速系统及该载重运输车辆

技术领域

本实用新型属于车辆运输控制领域，同时涉及传感器技术、电子技术、通讯技术、车联网技术、嵌入式系统、软件等技术领域，具体为车辆超载智能限速系统。

背景技术

随着近几年来汽车工业和公路设施的发展，汽车保有量和客货运输量的急剧增加，运输企业竞争日益剧烈，为减低成本，超载超速现象极为普遍。车辆超载导致交通拥堵、造成严重交通事故、刹车失灵、道路等基础设施损毁严重，车辆性能严重下降、损毁，同时也造成国家税收流失。

目前，在大城市和高速路段上都有明确的卡车承重和行驶速度限制，大部分司机都能按照规定要求，安全驾驶，但是还是有部分司机无视国家法律法规，超载超速现象时而发生。尤其在乡镇化公路由于监管不严，超载超速现象严重。现阶段，整车上安装的限速器装置只限定了卡车的最高行驶速度，或者只在车辆上单单安装了称重系统，没有一款集成了监控超载以及超载状态而设计的智能分级限速系统。政府交管部门，由于在特殊路段没有监控这些车辆超速超载的设备，导致了对这类车辆的监管不到位，使得本应该超载严重不应上路的车辆还在运输，有可能因为超速驾驶酿成重大的交通事故。

实用新型内容

针对以上一个或多个问题，提供一种基于称重技术的车辆智能超载限速监控系统及该载重运输车辆，其结构简单、安装方便、操作方便，对超载车辆的速度进行限制，有利于防止恶性交通事故的发生，保护物流公司和驾驶员的财物及生命安全；防止了车辆行驶时由于超载性能的下降；保护了道路等基础设施损毁；免除了在通过收费站时停车称重，提高了高速路口的通过性；防止了国家税费的流失。

针对现有汽车超载超速难以监管的问题，本实用新型还具有以下效果：既能通过车载显示屏读出车辆的载重，并根据目前车辆超载状况分级限速，又可以通过无线发射技术(蓝牙、WIFI和3G/4G移动网络)发送车辆载重信息，以方便收费站 收费、验货及物流信息的管理。

本实用新型的目的是通过安装在板簧悬架处车桥和车架上的电容式传感器，通过称重及判别控制单元计算出整车载重，并判断出车辆的是否超载，以根据超载的比例智能的分级限制汽车速度，并通过有线和无线方式，实时车辆载重信息，对超载的车辆速度进行分级限速。

本案的技术方案如下：

一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，包括电容式称重传感器、信号采集单元、称重及判别控制单元、报警显示单元和限速调节单元，具体地：

电容式称重传感器安装在车辆的车桥和车架上，通过两极板间距离的变化测量车辆的载重；

信号采集单元与电容式称重传感器连接，信号采集单元对电容式称重传感器的模拟电压信号和踏板传感器的信号进行采集；

称重及判别控制单元与信号采集单元连接，称重及判别控制单元根据各个点位的传感器的信号经算法综合获得车辆的载重值，计算此载重值下的速度值并与车辆当时的速度值进行比较，如果车辆超载且速度值已经超过限定值，则对当前车速进行限制，给限速调节单元发送限速指令，同时发送信号给报警显示单元，进行报警提示；

报警显示单元连接称重及判别控制单元，报警显示单元主要对获得的载重信息实时显示在显示屏上，如果载重超过了额定载重，则报警提示驾驶员；

限速调节单元连接称重及判别控制单元，限速调节单元根据称重及判别控制单元的指令对车辆的速度按超载比例限制。

进一步地，称重与判别控制单元包括称重模块、超载判别模块、超载速度界定模块，称重模块对送入进来的各路电容式传感器数字信息进行数字滤波处理，通过算法获得各个板簧支点的载重量，将板簧各个支点的载重信息运算获得整车的载重；超载判别模块连接称重模块而获得整车载重，并依据设定的车型额定载荷，根据国标判定整车的超载量比例；超载速度界定模块连接超载判别模块，并根据送来的车辆载重信息，决定此时车辆应该最高在什么时速下行驶，并根据车辆载重信息进行分级对车辆的最高行驶车速进行限制。

进一步地，还包括无线发射单元，无线发射单元连接称重及判别控制单元，对获得的车辆载重信息通过无线传输方式发送给接收终端，使管理车辆的人员能够掌 握车辆载重信息。

进一步地，报警显示单元安装在驾驶室，包括语音报警提示和显示超载信息。

进一步地，限速调节单元从称重与判别控制单元获得车辆在超载状态下的最高时速的界定值，限速调节单元连接并控制车辆的电子油门，对车辆的最高时速进行限定；称重与判别控制单元的超载限速模块不断地采集油门踏板的位置量信号，并与此时界定的最高时速信号进行比较，如果油门踏板获得车辆速度信息值低于速度超载速度界定值，则不对发动机的电子油门进行干预；当超载限速模块从油门踏板位置采集到的车速值已经大于超载限速的车速值的时候，此时限速调节单元开始工作，对车辆的电子油门进行干预，将此时设定超载时汽车允许行驶的最大时速值发给电子油门，电子油门按此量对车辆的速度进行控制。

进一步地，限速调节单元根据称重与判别控制单元发送的限速指令对车辆的速度进行分段限速，限速调节单元包括比例分级限速模块、停车模块，比例分级限速模块根据载重超载额度的比例，分段限定按比例测算的速度值；停车模块，在车辆载重值大于最大限额值时启动，则此时限制车速到0，车辆将处于停车状态，限制车辆的行驶。

进一步地，电容式称重传感器安装在车架和车桥之间的板簧中央位置，电容式传感器的下极板固定在车桥上，沿车桥长度方向居中，其上极板固定在车架上，并与下极板相对应；利用板簧在空载和满载情况下，两电容极板间距离的变化测量车辆的载重；整车采用四个电容式称重传感器，根据板簧悬架位置，整车车辆简化为四个板簧支点，电容式称重传感器分布在四个板簧支点上，四个电容式称重传感器测取的重量分别为第一重量W1、第二重量W2、第三重量W3、第四重量W4，则载重量总重量W为四者的和。

进一步地，所述的无线发射单元包括无线发送网络、有线传输网络以及发射ID模块，无线发送网络包括3G、4G移动通讯网络、蓝牙、WIFI、Zigbee无线射频网络设备；有线传输网络包括CAN、LIN、Flexray网络设备；发射ID模块包括车辆网络标识码ID，发射ID模块配置成在无线发送网络、有线传输网络及接收终端之间传输，车辆网络标识码包括标示符、车牌信息以及载重信息；所述的接收终端包括高速公路ETC收费系统、物流公司数据库、终端计算机、手持设备。

进一步地，无线发射单元通过无线射频方式连接高速公路收费站，将车辆载重信息实时发送给高速公路收费站的计费系统，根据载重对车辆进行收费，实现无需 停车可自动收费；所述的手持设备为笔记本电脑、手持仪、PDA或手机。

一种载重运输车辆，采用上述基于称重技术的车辆超载智能限速系统。

本实用新型是一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，它具有以下效果：它能够利用安装在车体上的传感器对车辆的载重进行称重，并根据相关算法对车辆的载荷进行计算，并对超重的车辆依据超重量进行速度限制，可以保护车辆有效的制动力，避免车辆由于超载超速而造成车辆的制动失灵及形式过程中侧翻等事故发生，保护驾驶员及行车安全；本发明的无线发射模块可以实时的传输车的载重信息给车辆监控数据库，对车辆的载重信息进行掌控，同时在高速公路收费站的时候，可以对车辆进行不停车计重收费，保证了道路的畅通，提高了车辆公路运输的效率。此发明一方面可以防止车辆刹车失灵及侧翻事故的发生，另一方面可以实时掌控车辆的载重信息和实现不停计重收费，保障道路的畅通，将有很大的社会效益。

附图说明

图1基于称重技术的车辆超载智能限速系统的电容式称重传感器安装图；

图2基于称重技术的车辆超载智能限速系统的结构图；

图3基于称重技术的车辆超载智能限速系统的程序流程图。

具体实施方式

现结合附图及具体实施例对本实用新型进行进一步说明：

其中1——车架；2——电容上极板；3——电容下极板；4——板簧；5——车桥；6——车辆超载智能限速系统。

基于称重技术的车辆超载智能限速系统，包括电容式车辆称重传感器、信号采集单元、称重及判别控制单元、报警显示单元和限速调节单元和无线发射单元。电容式车辆称重传感器安装在板簧悬架位置处的车桥和车架上，具有根据车辆空载或满载时板簧变形引起电容两极板间距离的变化，以此来获得当前支点的载重信息。通过将车辆上各个板簧支点的载重信息进行综合计算，获得整车的载重量。

参照图1中，电容式称重传感器安装在板簧悬架位置处的车桥和车架上，其下极板固定在车桥上，沿车桥长度方向剧中；上极板固定在车架上，与下极板上下相对。当车辆处于空载状态，电容传感器上、下极板内表面之间的距离为一距离。当车辆上有一定载荷的时候，电容两极板之间的距离缩小，引起电容量的变化，通过 对电容变化量与载荷之间的关系，可以获得车辆的在支点上的载重量，通过在各个板簧上安装电容式称重传感器可以获得整车的载重量。

信息采集单元具有对传感器信号进行电路RC滤波、放大及数字AD采样的功能；它一方面采集各路电容式称重传感器电压信号，另一方面采集踏板传感器的电压信号。

称重与判别控制单元包括称重模块、超载判别模块、超载速度界定模块，它具有计算车辆载重、判别超载和限速的功能。称重模块对送入进来的各路电容式传感器数字信息进行数字滤波处理，通过算法获得各个板簧支点的载重量。板簧各个支点的载重信息运算获得整车的载重。超载判别模块根据称重模块获得整车载重，并依据设定的车型额定载荷，根据国标判定整车的超载量比例；超载速度界定模块根据超载判别模块送来的车辆载重信息，决定此时车辆应该最高在什么时速下行驶，并根据车辆载重信息进行分级对车辆的最高行驶车速进行限制；

报警显示单元安装在驾驶室，包括语音报警提示和显示超载信息两部分。称重与判别控制单元一当判别车辆处于超载状态，则语音报警模块发出超载提示，并通过显示屏显示车辆的超载信息。

限速调节单元根据从称重与判别控制单元获得的车辆在超载状态下的最高时速的界定值，对车辆的最高时速进行限定。超载限速模块不断的采集油门踏板的位置量信号，并与此时界定的最高时速信号进行比较，如果油门踏板获得车辆速度信息值低于速度超载速度界定值，则不对发动机的电子油门进行干预；当超载限速模块从油门踏板位置采集到的信号所对应的车速值已经大于超载限速的车速值的时候，此时限速调节单元开始工作，对车辆的电子油门进行干预，将此时设定超载时汽车允许行驶的最大时速值发给电子油门，电子油门按此量对车辆的速度进行控制。

限速调节单元包括比例分级限速模块、停车模块，比例分级限速模块根据载重超载额度的比例，分段限定按比例测算的速度值；停车模块，在车辆载重值大于最大限额值时启动，则此时限制车速到0，车辆将处于停车状态，限制车辆的行驶。

无线发射单元可以实时的将车辆的载重信息通过互联网、射频等方式传递给接收终端。无线发射模块将车辆的载重信息通过移动互联网发送到物流公司管理控制计算机；同时无线发射模块可以在过高速公路收费站的时候，将车辆在载重信息通过无线射频的方式发送给计费系统，根据载重对车辆进行收费，实现无需停车可自动收费的目的。

参照图2，本实用新型采用的技术方案为：安装于车辆板簧悬架处的电容式传感器根据其上下极板间距离的改变，使传感器输出的电压发生变化。将传感器的输出电压送入超载限速系统的A/D转换单元，将电压模拟量转换为数字量；A/D数字转换模块将转换的数字量经过卡尔曼滤波数字滤波后，送给称重模块，根据所采集的传感器数字信号，称重模块根据数字量获得此时这个车轮的承载重量，则可以根据各个车轮的重量计算整个车辆的载重量；如果各个车辆板簧支撑支点的载重分别是W1、W2、W3、……、Wn，则整车载重量W＝W1+W2+W3+……+Wn。把计算获得的车辆载重信息送给超载判别模块，进行超载判别模块进行超载判别。如果整车载重量W超过了其额定载重的20％(该数据源自于国家对超载的认定标准)，则判定整车超载，即W>(1+20％)W额，即W1+W2+W3+……+Wn>1.2W额；如果车辆超载，则把车辆的超载重量所对应的速度进行界定，分比例对车辆的速度进行超载界定；如果车辆载重W>1.2W额，则此时的最高车速以M1行驶；如果车辆载重W>1.3W额，则此时的的最高车速以M2行驶；如果车辆载重W>1.4W额，则此时的最高车速以M3行驶；如果车辆载重W>1.5W额，则此时将不行驶，车辆将处于停车状态，限制车辆的行驶；如果车辆超载，且根据超载情况对车辆的速度进行了界定，此时超载界定模块则给限速单元发送超载界定的速度信息，限速单元根据把油门踏板的速度信息和超载限速的速度信息进行比较，如果车辆的速度在超载限速的速度信息以下行驶，则限速单元不进行限速，车辆按此速度行驶；如果此时车辆的速度已经大于超载限速的速度值，则此时限度单元将把超载限速的速度界定值赋予电子油门，车辆将在超载限速界定的速度下行驶，对车辆的速度进行限制。如果车辆超载，则称重及判别控制单元给报警显示单元发送控制指令，启动报警装置通过语音、声音及灯光等报警提示驾驶员，同时在显示屏上将显示车辆当前的载重信息。

当车辆在静止或行驶的时候，称重模块可以实时获得车辆的载重信息。测量称重模块可以实时的对车辆的载重信息实时的进行无线发送给接收终端。如果车辆在过收费站的时候，车辆称重模块可以实时的把车辆的载重信息通过无线传输(WIFI、蓝牙或无线射频的设备)传输给计费接收终端设备。计费终端设备根据发来的ID号(ID号包括车辆的车牌号和车辆的载重信息)所包含的载重的信息，对车辆所承载的货物进行收费。如果接收终端为物流公司的后台监控数据库，则称重模块通过无线网络(WIFI或GSM等移动车辆网)把车辆的载重信息通过移动车辆网系统发 送给接收终端数据库，对车辆的货运信息及载重信息进行记录与监控。如果接收终端为手持设备(如手持仪、PAD、手机等设备)，则称重模块通过ID+载重信息的方式进行发送车辆载重信息，手持设备根据ID号，分解出车辆的载重信息，并对车辆的载重信息进行记录。因此，根据车辆实时传输的载荷信息，物流公司和交管部门对这些车辆能够实时监控，预防超载、超速现象发生，避免重大事故的发生。同时通过射频技术，可以在车辆通过收费站时，实现无停车计重收费，保障了收费站通过车辆时的顺畅性，提高了道路的畅通能力，提高了运输效率。

载重运输车辆，如轻卡、重型卡车、挂车及客车上，可装配该系统。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本案的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本案进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本案的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本案技术方案的精神，其均应涵盖在本案请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，包括电容式称重传感器、信号采集单元、称重及判别控制单元、报警显示单元和限速调节单元，具体地：

电容式称重传感器安装在车辆的车桥和车架上，通过两极板间距离的变化测量车辆的载重；

信号采集单元与电容式称重传感器连接，信号采集单元对电容式称重传感器的模拟电压信号和踏板传感器的信号进行采集；

称重及判别控制单元与信号采集单元连接，称重及判别控制单元根据各个点位的传感器的信号经算法综合获得车辆的载重值，计算此载重值下的速度值并与车辆当时的速度值进行比较，如果车辆超载且速度值已经超过限定值，则对当前车速进行限制，给限速调节单元发送限速指令，同时发送信号给报警显示单元，进行报警提示；

报警显示单元连接称重及判别控制单元，报警显示单元主要对获得的载重信息实时显示在显示屏上，如果载重超过了额定载重，则报警提示驾驶员；

限速调节单元连接称重及判别控制单元，限速调节单元根据称重及判别控制单元的指令对车辆的速度按超载比例限制。

2.根据权利要求1所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，称重与判别控制单元包括称重模块、超载判别模块、超载速度界定模块，称重模块对送入进来的各路电容式传感器数字信息进行数字滤波处理，通过算法获得各个板簧支点的载重量，将板簧各个支点的载重信息运算获得整车的载重；超载判别模块连接称重模块而获得整车载重，并依据设定的车型额定载荷，根据国标判定整车的超载量比例；超载速度界定模块连接超载判别模块，并根据送来的车辆载重信息，决定此时车辆应该最高在什么时速下行驶，并根据车辆载重信息进行分级对车辆的最高行驶车速进行限制。

3.根据权利要求2所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，还包括无线发射单元，无线发射单元连接称重及判别控制单元，对获得的车辆载重信息通过无线传输方式发送给接收终端，使管理车辆的人员能够掌握车辆载重信息。

4.根据权利要求3所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，报警显示单元安装在驾驶室，包括语音报警提示和显示超载信息。

5.根据权利要求4所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，限速调节单元从称重与判别控制单元获得车辆在超载状态下的最高时速的界定值，限速调节单元连接并控制车辆的电子油门，对车辆的最高时速进行限定；称重与判别控制单元的超载限速模块不断地采集油门踏板的位置量信号，并与此时界定的最高时速信号进行比较，如果油门踏板获得车辆速度信息值低于速度超载速度界定值，则不对发动机的电子油门进行干预；当超载限速模块从油门踏板位置采集到的车速值已经大于超载限速的车速值的时候，此时限速调节单元开始工作，对车辆的电子油门进行干预，将此时设定超载时汽车允许行驶的最大时速值发给电子油门，电子油门按此量对车辆的速度进行控制。

6.根据权利要求5所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，限速调节单元根据称重与判别控制单元发送的限速指令对车辆的速度进行分段限速，限速调节单元包括比例分级限速模块、停车模块，比例分级限速模块根据载重超载额度的比例，分段限定按比例测算的速度值；停车模块，在车辆载重值大于最大限额值时启动，则此时限制车速到0，车辆将处于停车状态，限制车辆的行驶。

7.根据权利要求6所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，电容式称重传感器安装在车架和车桥之间的板簧中央位置，电容式传感器的下极板固定在车桥上，沿车桥长度方向居中，其上极板固定在车架上，并与下极板相对应；利用板簧在空载和满载情况下，两电容极板间距离的变化测量车辆的载重；整车采用四个电容式称重传感器，根据板簧悬架位置，整车车辆简化为四个板簧支点，电容式称重传感器分布在四个板簧支点上，四个电容式称重传感器测取的重量分别为第一重量W1、第二重量W2、第三重量W3、第四重量W4，则载重量总重量W为四者的和。

8.根据权利要求3至7任一项所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，所述的无线发射单元包括无线发送网络、有线传输网络以及发射ID模块，无线发送网络包括3G、4G移动通讯网络、蓝牙、WIFI、Zigbee无线射频网络设备；有线传输网络包括CAN、LIN、Flexray网络设备；发射ID模块包括车辆网络标识码ID，发射ID模块配置成在无线发送网络、有线传输网络及接收终端之间传输，车辆网络标识码包括标示符、车牌信息以及载重信息；所述的接收终端包括高速公路ETC收费系统、物流公司数据库、终端计算机、 手持设备。

9.根据权利要求8所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统，其特征在于，无线发射单元通过无线射频方式连接高速公路收费站，将车辆载重信息实时发送给高速公路收费站的计费系统，根据载重对车辆进行收费，实现无需停车可自动收费；所述的手持设备为笔记本电脑、手持仪、PDA或手机。

10.一种载重运输车辆，其特征在于，采用上述权利要求1至9任一种所述的一种基于称重技术的车辆超载智能限速系统。